城市给水管网运行安全保障智能监管平台

   日期:2022-12-16    
北京市市政工程设计研究总院有限公司水资源与环境二院副院长、教授级高工,
中国城镇供水排水协会青年工作者委员会副主任委员,
中国工程建设标准化协会城市给水排水专业委员会第八届青年委员会委员,
给水排水净水技术杂志青年编委。
主要从事市政给排水设计及给水处理理论和技术研究工作。
同样在王院长演讲的时候呢,
大家可以在留言区进行交流。
结束以后,
我们将选择两个问题进行探讨,
请王院长做报告。
哎,
感谢王总的介绍。
那么大家下午,
很高兴能够借此机会跟大家分享一下我们在城市给水管网安全运行保障智能监管平台的一些工作成果。
今天呢主要包括这三方面的内容。
首先是对于城市给水管网安全运行的一个需求分析。
然后呢,
只介绍一下这个城市给水管网安全运行保障智能监管平台。
最后是一个总结。
根据国家发改委的统计数据,
到了二零二一年末呢,
我国常住人口的这个城镇化率呢已经达到了百分之六十四点七二。
然后城镇化的这样的一个建设的推动呢,
使得我们城市地下管网的一个建设呢也进入了一个高速发展的这样一个阶段。
由于我们在改革开放的发展前期的一个总体的建设以及管理水平是严重滞后的。
所以说近些年我们可以看到这个管网事故呢已经从一个潜伏期进入到了一个爆发期。
各类管道的一个破坏事故,
包括一些泄露的爆炸,
这样的一些事故,
还有路面塌陷,
包括了一些运行的安全事件等等呢,
是频发的状态,
带来了一比较全巨大的经济损失和人员伤亡。
同时呢也造成了严重的这样的一些社会影响,
引起了大家的一个广泛的关注。
根据二零二一年的一个全国地下管线事故的一个统计分析报告呢,
可以看到近三年我们的这个地下管线的一个破坏事故年平均的增长率就高达了大概百分之九十八的这样的一个增长率。
另外呢是按照管线的一个类型分呢,
我们可以看到给水管道的一个事故呢是比较多的,
而且是有二零二一年到了七百一十九起,
然后占整个这个管网破坏的统计总数的一个百分之五十三的这样一个比例。
分析了一下,
导致地下管线破坏事故的原因呢,
主要包括了有四类。
首先是自身的一个管道结构性的一个隐患,
其次是在外力作用下的一个破坏。
还有呢就是环境因素造成的。
然后这个第四方面呢就是一些管理上的缺陷。
其中对于给水管道来说呢,
它的主要的一个破坏原因呢是自身管道里的一个结构性隐患导致导致的。
然后那个其次呢是外力的一个破坏因素。
可以看到我们的这个城市地下管网呢是城市安全有序运行的一个重要的基础。
所以说也是我们城市高质量发展的一个重要内容。
因此呢国家的住建部是在二零二零年呢发布了关于城市地下市政基础设施的建设的指导意见,
在这个意见当中呢,
就提出了要推动数字化、智能化的建设,
提升我们城市地下市政基础设施的一个数字化和智能化的水平。
建立和完善城市的这个基础设施的综合管理信息平台,
来排查我们的治理安全隐患,
健全风险防控的这样一些机制。
是希望是通过我们的这个信息化智能化的一个技术呢,
来推动我们这个电地下市政基础设施的一个管理手段和模式,
以及理念上的一个创新,
从而来提升这个运行管理效率和管理的这个管道事故的一个监测预警的一个能力。
同时呢在今年按照国家对于建设韧性城市的这样一个要求,
然后同时是考虑坚持节水优先,
然后来提高我们水资源利用率的这样的一个需求。
所以说住建部和发改委呢也联合发布了关于加强公共供水管网的一个漏损控制的这样一个通知。
通知当中呢,
是供,
是一共是有五项工作内容,
包括了我们来实施这个管网改造。
然后对于管网的一个分区计量,
管网的压力调控,
还有呢就是管网的一个智能化的建设以及管理的制度的一个完善。
其中对于开展供水管网智能化建设这个工程呢,
主要是推动供水企业在完成从我们供水管网信息化建设的基础上呢,
是来实施我们智能化的一个改造。
在这个供水管网的建设,
还有它的一个改造过程当中呢,
我们可以同步的来辐射相应的一个监测传感器.html'>传感器,
然后来建立基于物联网的一个供水智能化的管理平台。
同时呢是对供水设施一个运行状态,
以及它的一个水量水水量、水压、水质这些信息呢能够进行一个实时的监测。
从而呢我们是可以精准的一个对管网的一个漏损点进行一个定位。
同时呢对于管网的一个压力区域呢,
是进行一个智能化的调节,
逐步来提高我们这个城市的供水管网漏损的信息化智慧化的管理水平。
并且呢将一些已经比较发发展的比较的这样典型地区的在城市供水管网的智能化改造和运行管理的这样的一个经验呢是进行一个推广。
另外就是针对这个城市管道老化的一个更新改造。
国务院呢是在解释在今年是发布了一个城市燃气管道等老化更新这个改造的实施方案。
这个更新改造的实施过程当中呢,
也是需要同步的推进这个数字化、网络化、智能化的建设。
然后在管道的一些重要的节点来安装我们的智能化的感知设备,
能够完善的这个智能化的控制系统,
实现知识会运行。
并且呢建立和完善市政的这个基础设施综合信息管综合管理信息平台。
我们也知道就是我们的主题呢是关注城市的一个供水安全。
供水安全呢也是我们的重要的一个民生工程。
然后事关我们这个人民群众的身体健康和社会稳定。
所以说近期这个住建部、发改委还有疾控中心呢,
也是调研和发布了关于加强城市供水安全保障工作的一个通知。
通知当中呢也要求推进这个供水智能化的一个管理水平来持续的提高供水的一个监管信息化水平。
通过这个推进供水管道的一个设施普查,
来完善我们的这个信息动态更新机制,
实时的更新供水设施的这个信息底图,
使得我们后续的一个智能化的智慧的决策有一个很的一个基础。
然后对于一个一些有条件的地区呢,
也就是我们当我们的供水管网信息化程度比较高的地区呢,
可以通过结合这个管网的更新改造,
然后增加我们管网当中的智能感知的一些设备。
然后同时呢也建设我们这个城市供水,
物联网以及运行调度平台。
平台上需要的一些主要的功能。
包括了首先就是设施的一个底数的动态更新,
然后实时的这样的运行状态的监测,
对于风险的情景的模型,
你预测。
另外呢就是对于优化调度的一个辅助支持,
从而呢使得供水企业在运行运营当中呢提高这个精细化的管理水平。
我们这个水斜呢也是主编的城镇水务,
二零三五年的供水发展规划纲要当中,
对于智慧水务方面的一些规划指标,
主要包括了地信息系统闭幕在线的监测设备在线监测
然后包括了自动智能控制、数字化管理信息与服务与信息公开、智能智慧化决策、网络安全这八个方面也是分了不同的城市规模以及城市的等级,
分别提出了相应的规划的要求。
这也就指导了我们的供水行业在未来的智慧化的这个水务建设当中有有所依据。
所以综上所述呢为了推动我们这个城市供水行业的高质量发展,
然后是需要通过我们这个信息化智能化的一个手段来实现我们这个管网的安全运行保障。
所以说基于上述的这样的一个研究背景跟需求,
然后我们是由同济大学牵头,
是开展了国家重点研发计划。
这个项目的名称呢是城市市政管网运行安全保障技术研究,
主要是针对了城市燃气供水和排水管道来开展研究,
然后实现市政管线的精准的定位。
然后在线的监测与诊断,
事故管网的快速修复与风险控制,
还有就是系统的运行,
安全的综合监测与智能监管。
我们北京市政院呢是作为课题七的一个牵头单位,
主要是针对给排水管网的一个安全运行保障,
集成智能监管平台来开展研究工作。
然后课题的参加单位呢还包括了北京清控人居环境研究院有限公司和哈尔滨工业大学。
下面主要介绍一下我们这个课题的一些主要的一个研究者成果。
首先,
随着五g跟物联网、大数据、云计算等等这些新技术的一个迅猛发展,
可以看到国内的一个城镇供水行业呢,
也是从这个信息化向智慧化的这样的一个在发展。
一方面呢企业越来越多的这个大量的一个管网运行数据是存在那儿不知道具体要怎么用。
另一方面呢,
国家跟行业对于刚才我们也提到了管网安全的一个监管需求是不断提升的。
所以说外部的一个要求跟企业自身的一个需求,
这个双方面的一个驱动之下呢,
就需要更加精细实时动态的这样的一个管控方式。
然后最终实现给水管网安全运行监管的一个经济化跟智慧化。
我们也总结了近些年在智慧水务项目建设项目当中,
与管网安全运行监管相关的一些关键词呢,
就包括了设备的在线监测。
然后监管平台管网的监控,
以及我们这里提到的系统的集成等等。
现在一般的一个供水企业在给水管网的管理,
信息平台的主要功能主要是有三个方面。
第一个呢就是管网系统,
主要是针对管道和附属设施的一个技术的信息数据等等。
然后其次呢,
管网监测呢主要是包括了在线的这个流量压力以及水质的一个信息的监测。
水利模型呢大多也都是刚才新教授也提到了,
是离线的静态的这样的模型。
然后可以通过离线的这样一个状态呢分析水利水质的一个模拟课题研究呢主要还是基于提高安全风险防控这样一个目的。
所以说构建的这个安全运行保障集成智能监管平台,
主要是有五方面的功能。
在管网系统功能方面呢,
主要是注重了动态跟迭代的更新。
然后其次呢是增加了运行安全风险评估系统来提高约维护巡检的一个效率。
然后同时呢我们是对于这个安全运行的监测系统呢,
主要是除了一般的一些水量流压力水质监测之外呢,
也加增加了对于管道自身结构变化和所处环境的一个监测。
另外就是增加了给水管网的这个爆管的识别及定位的这样一个系统。
最后呢是利用运行这个仿真模型来实现一个智能化的调度。
首先呢就是我们如何来科学规范全面系统的来构建这个城市给水管网基础数据库。
然后在这个工作当中呢,
我们是编制完成了给水管网的一个数据普查方案,
通过一个规范化化的一个工作的流程和这个普查结果的一个规范化的技术方式。
然后可以为后续建立智能化的管控平台,
创造一个良的基础条件。
在构建给水管网基础数据信基础信息数据库的系统当中呢,
我们主要是结合了我们管网安全运行风险评估以及后续安全运行监测,
还有仿真智能调度他们的一个应用的需求。
所以说是将给水系统、给水管道、浇水点等等。
这以及包括了养护信息等八方的这个数据纳入了数据库当中。
然后利用地理信息系统的这个空间数据的管理,
整合分析和可视化的这样的一个能力呢,
为给水管网的一个海量数据的管理提供了相应的一个支撑。
另外呢就是我们这个课题是作为整个项目的在给水和排水方面的一个集成的这样的一个课题。
所以说平台当中呢也集成了多种的一个供水管网运行安全风险评估技术。
这些技术呢包括是由这个天津大学、同济大学等单位他们形成的这样的一些评估方法。
然后通过一个值,
借助这个智能监管平台来进行一个集中的一个应用,
从而来提高我们的这个风险评估的效率。
另外呢也能提升我们供水管网的安全保障的一个能力。
首先一共是集成了四种评估方法。
第一种呢就是对于这基于动态风险评估的一个评价方法。
这个方法主要是建立基于这个结构环境管道人为和管理这五方面的一个指标体系。
利用了层次分析法来考虑指标间的一个耦合作用权重。
同时呢通过模糊综合多因素的这样一个风险评估模型,
对于管网安全运行的风险是进行了一个评估。
然后他评估的数据呢主要是利用了技术平台的一个技术系统当中的一些管网的基础数据,
包括一些养护的一些信息。
同时呢结合了实时监测的一个水压跟流量的数据,
然后也增加了对于温度变化指标的一个考虑,
来对管道的安全进行一个实时的风险计算,
然后从而进行一个动态的一个风险评估。
在这里多提一句呢,
就是温度的一个大幅度变化。
其实对于管网自身管道自身的结构,
还有它周边土壤的这个环境都是有比较大的一个影响的。
容易发生管道的一个破坏事故。
可以看到,
南方地区,
特别是当寒潮引起气温骤降骤降的这样的一个情况的时候,
经常会发生一个给水管网的一个爆管的这样的一个事故。
所以说在这个评估当中呢,
是把结合我们的管网监测呢,
是集成平台,
把这个温度的实时的一个数据指标呢是纳入了评估体系当中。
另外呢就是一个基于工程规范法的一个评价方法。
这个方法呢就是一个将这个管道的腐蚀和老化的一个风险,
是分配到了规划、设计、施工、验收、,
运行维护各个阶段来考虑这个施工的后果,
以及这个管道发生事故之后的一个影响的范围。
从而进行的一个管线全生命周期的一个半定量的一个风险评估。
基于组合赋权法的一个评价。
法法呢主要是将层次分析法和熵权法有效的进行了一个结合,
用于给水管网运行的一个安全风险评估。
它的一个特点呢就是克服了单独使用这个主观或者客观赋权法他的一个的缺点,
考虑了影响管网风险的一个主要指标。
然后比单独采用层次分析法或者熵权法的精确度呢是提高大概百分之五到十五。
我们这个方法呢也在示范工工程当中呢得到了一个应用。
然后通过跟示范工程范围内的给水管网的运维管理,
维护检修的记录数据呢是进行了对比,
然后准确率呢平均达到了百分之八十的以上。
另外就是还有就是运行安全功能评价的动态评价的这个方法。
这个评方法呢主要还也是采用了改进的层次分析评价法,
然后建立了包括管道结构的可靠性、水利的可靠性以及漏损程度等三方面相结合的一个共识。
水管网运行安全功能状态的一个评价体系。
同样的也是利用集成平台的技术系统的基础数据,
包括实时监测的水压跟流量数据来反映这个管网动态的一个安全状态。
然后给管网的一个后续的动态的预警,
提供一个技术数据的一个基础。
然后呢,
我们在这个安安全预警为目的的这个管网的一个监测点的优化布置方面呢,
主要是对水量、水质、水压的一个在线布置提出了一个优化的布设方法。
其中水压的监测点的一个优化呢主要是基于了聚类分析法以及灵敏度分析法来进行优化的水质。
监测点主要是考虑了节点的水量以及节点的水平值,
还有监测范围的这样一个综合考虑。
流量监测呢主要是考虑了节点流量变化以及有效监测范围来提出的一个优化的布设方案。
然后同时呢,
我们在这里边也对于一些地质条件比较差的一些地区,
它在管网改造的工程当中呢,
也可以随着改造的工程来在线的设置,
一些管道所处环境的一些监测,
以及管道运行的一些监测传感器。
然后通过对于管道结构的一个系统的仿真软件来判断这个管网的安全运行的一个监测。
还有就是当它的一个管道的变形,
超过出它的一个结构承承受能力的时候呢,
就进行一个预警。
这个是在大庆的萨尔图地区,
然后的一个示范管网当中得到了一个示范应用。
在管网当中呢是安装了有加速度计、水压计以及光纤形变等等这些传感器。
然后通过采集的数据,
然后经过仿真软件的分析,
来实现了管道的安全智能监测,
从而呢降低了管网的一个事故率,
提高了事故的一个抢修的一个速度。
对于给水管网的这个爆管事件的智能识别跟定位技术呢,
我们主要是通过高频压力计来采集这个管网爆管的时候会有一个负压波。
通过这个负压波的采集之后呢,
数据处理器会将这个爆款发生前后的存储的数据,
以无线通讯的方式来上传到我们的集成平台。
然后再数据传输的同时呢,
我们也是利用了北斗系统的这个授时跟定位的一个功能,
为后续的定位。
报管的这个定位分析提供了依据。
然后我们当时也考虑,
对于既有的管网,
它在安装这个在线设备的时候,
接电是比较困难的。
所以采用了一个电池供电的方式。
然后同时也为了就是减少这个设备的一个用电量。
所以说我们这个设备在线的时候分两种工况,
正常工况的时候也就是没有异常发生的时候,
是每五分钟采集一个数据,
然后两小时打包上进行一次上传,
然后会付时间后缀。
同时也把电池的一个余量数据进行一个上传,
然后异常的这个上报工况呢,
就是当我的设备检测到有爆管信号触发的时候呢,
就是立刻上传这个点位的一个报警信息。
然后服务时间的后缀以及相应的一个坐标的后缀。
同时呢会把这个爆管时刻前后三十秒的一个数据,
因为是一个毫秒级的这样的一个压力数据的采集。
所以说这个大概是有六万个数据是一起打包上传。
然后后续呢就是集成平台当中呢,
主要是利用了我们这个压力管网,
压力突变位置定位方法。
这个是申申请了专利,
还有就是一个给水管网的一个爆管事件。
智能识别技术软件结合这两个专利跟软件呢,
我们是报对报管的一个监测设备,
上传的数据进行一个智能的清洗跟分析。
从而在这个管网地图上把爆管的一个位置进行一个定位跟一个警报。
然后这是我们在那个示范肛工程当中的一个应用,
大概是布了相应的有三十多个这个压力高频压力的在线集成设备,
以及相应的一些流量的一个监测设备。
然后我们也是通过以这个消火栓来放水的方式模拟这个报告。
可以看到在时间上是很快就在集成平台上有一个响应,
然后是提示了报管点附近两个监测点有报警。
然后呢,
也是根据这个报警信号的分析呢,
也是迅速的就是对这个报管进行了一个定位。
我们也是根据实际的一个位置比对呢,
大概这个定位精度是小于五十米的这样的一个一个情况。
另外呢就是我们这个集成平台的一个综合示范应用。
当时是选取了苏州工业园区跟郑州高新区这两个区域来做这个项目的一个示范工程。
之所以选这两个区域呢,
就是因为这个两个区域都是有比较完善的一个管网技术平台,
还有就是比较完善的scattered的一个供水调度系统。
可以为后续的一些技术应用提供比较的一个基础条件。
在苏州工业园区的这个平台呢,
我们也是尝试了将苏州港华燃气的管网系统,
还有苏州清源华严水务的一个供水系统和,
污水管网系统呢是集成在了一个综合的监管平台上,
也主要是为后续一些市政基础设施这样综合的一个监管平台进行一个尝试。
其中苏州除了刚才提到的一些应用之外呢,
我们在这个苏州工业园区的这个平台呢,
也是做了给水管网的仿真模拟和安全调度系统。
可以依据采集的这个监测数据,
对于我们给水系统的一些需水量进行一些短时的一个预测。
然后从而为管网的这个系统的优化运行调度提供依据。
另外呢就是保持保证这个供水安全。
我们这个系统呢可以实时的显示压力、流量、余氯等等不同监测点的这样的一个变化情况。
通过一个同时呢也可以对于压力水平、口水灵,
还有余氯进行一个模拟,
然后差值分析呢可以对比当前的监测点的数据情况,
也可以追溯二十四小时以前以及未来二十四小时的相应的一些模拟值。
来对于管网的一个运行的状态,
还有趋势变化,
趋势进行一个展示。
来使得我们对于一些管管网当中运行的关注点。
比如说管网末梢的水压、水质来进行一个安全监控。
另外呢就是在这个调度系统当中呢,
对于管网中发生爆管或者检修断水的这些工况呢,
也是给了一些预制的相应的基于优化算法来使得我们满足用户水压水量,
同时给出相应的一些运行的调度方案。
然后配置来使得我们这个提供实时的这样的一个调度指令的建议。
然后也为我们这个操作人员或者调度人员对于供水管网的安全运行调度呢提供了一个保障。
以上呢就是我们在这个城市给水管网安全运行保障智能监管平台的一些成果以及应用的一个介绍。
总的来说呢,
就是我们这个城市这个供水作为一个生命线的这样的一个工程,
它需要在我们全生命周期,
包括我们的规划设计,
然后施工验收、运行维护、应急抢修等等。
这个各个环节都要突出这个安全韧性,
然后突出这个高效智慧的这样一个特点。
然后呢,
为了实现我们这个安全韧性、高效、智慧的这样一个目的呢,
我认为呢也是从以下两个方面进一步的开展工作,
能够有利于我们这个工作的一个推进。
首先就像刚才新教授提到的,
就是应该是推动对于这个给水管网的模型以及高效计算技术的这样的一个研究。
然后希望说是通过以这个管网模型为计算的一个内核,
结合scale系统能够建立,
包括我们规划设计单位也能够使用的这样仿真模拟,
包括水池的调度管理、漏水分析、应急决策一体化的这样的软件。
然后使得这个供水企业实际应用当中来发挥作用。
其次呢就是对于北斗和市政这个生命线保障的一个结合。
能够基于北斗加市政的这个物联网系统来实现市政管线的一个基础信息获取、动态更新,
以及在这个施工等等与运行管理。
然后包括一些应急救援各个环节当中的一些全面的应用。
从而呢实现我们这个提升这个管网的一个安全防控,
防灾救灾的这样一个能力。
我今天的这个分享就到这里,
谢谢大家,
感谢王院长的精彩报告。
王院长呢根据城市管网安全运行的需求进行分析,
详细介绍了城市管网安全运行保障智能监管平台的这个目的功能及一些应用的。
通过这个平台,
我们可以在城市管网的全生命周期中进行方案优化,
实时监测、调度管理、风险评估等,
能智慧、高效、安全的保障我们的城市供水,
对我们很有很大的启发,
谢谢王院长。
我们现在看一下现场留言。
第一个问题,
请问在我们城市给排水领域,
智慧化与信息化有何本质区别?
那个信息化其实咱们刚才我提到的那个二零三五的那个发展规划的那个纲要里边,
实际上它就是对于我们的信息化,
包括智能化、智慧化,
都有一些一些比较明确的一个解释。
信息化呢其实更多的是实现我们对于管网的一些,
比如说管道的一些基础信息。
然后把它从我们的图纸上,
或者是从我们的一些纸纸质上,
把它作为一个信息,
然后存储到我们的这个线上的一个过程。
包括还有就是我们在线的一些安装,
一些在线的监测设备,
使得我们这些信息的监测设备的这个监测信息能够收集上来。
基本上就是一个信息化的一个一个一个一个状态了。
但是到我们的这个智慧化呢,
更多的是人和我们的这个在线的监测的设备,
或者是跟我们的这些智能的一些监管的设备的一个共同的一个作用。
之后的一个结果就是更多的体现在一些一些仿真的分析,
然后预测预警,
然后包括他的一些决策,
这些能够实现这样的一些的功能。
同时当发生一些事故的时候,
能够给给出一些建议的一些调度的方案或者应急处置的措施。
这样子的之后呢,
我们认为可以就是说是一个智慧化的一个状态。
感谢王院长的解答。
我们第二个问题是老师能不能讲一讲这些系统管网监测点装的在线仪器维护升级的难点。
其实就是跟那个长距离的输水相比,
我们既有的市政管网,
它的一个安装,
特别是新建的还。
对于一些改造来说的,
你安装这些在线设备,
一个是原有的这个比如说一些检检查井或者阀门井,
它的一个位置可能会影响就不一定能装得上。
然后其次呢就是我们的这些在线的监测设备都有一个用电的这个问题。
用电的问题就是有很多时候也没有办法,
有的地方可能采用太阳能的这样的一个方式,
然后直接接试电呢也不太现实。
所以说接电安装也是它的其中一个比较难的一个地方。
另外呢就是这个无线传输信号的保证信号传输的这个问题。
因为如果就是完全都在井里的话,
它这个信号其实接收跟发射都是会有一定的影响的。
所以说在线的监测设备,
另外就是对于多雨潮湿的这样的一些环境,
对于我们一些在线设备的它的一个防腐,
然后包括它的一个防潮,
这些要求都必须要满足。
所以说也是一个相应的一个难点。
再次感谢王院长的精彩报告和回答。
北京市市政工程设计研究总院有限公司水资源与环境二院副院长、教授级高工,
中国城镇供水排水协会青年工作者委员会副主任委员,
中国工程建设标准化协会城市给水排水专业委员会第八届青年委员会委员,
给水排水净水技术杂志青年编委。
主要从事市政给排水设计及给水处理理论和技术研究工作。
同样在王院长演讲的时候呢,
大家可以在留言区进行交流。
结束以后,
我们将选择两个问题进行探讨,
请王院长做报告。
哎,
感谢王总的介绍。
那么大家下午,
很高兴能够借此机会跟大家分享一下我们在城市给水管网安全运行保障智能监管平台的一些工作成果。
今天呢主要包括这三方面的内容。
首先是对于城市给水管网安全运行的一个需求分析。
然后呢,
只介绍一下这个城市给水管网安全运行保障智能监管平台。
最后是一个总结。
根据国家发改委的统计数据,
到了二零二一年末呢,
我国常住人口的这个城镇化率呢已经达到了百分之六十四点七二。
然后城镇化的这样的一个建设的推动呢,
使得我们城市地下管网的一个建设呢也进入了一个高速发展的这样一个阶段。
由于我们在改革开放的发展前期的一个总体的建设以及管理水平是严重滞后的。
所以说近些年我们可以看到这个管网事故呢已经从一个潜伏期进入到了一个爆发期。
各类管道的一个破坏事故,
包括一些泄露的爆炸,
这样的一些事故,
还有路面塌陷,
包括了一些运行的安全事件等等呢,
是频发的状态,
带来了一比较巨大的经济损失和人员伤亡。
同时呢也造成了严重的这样的一些社会影响,
引起了大家的一个广泛的关注。
根据二零二一年的一个全国地下管线事故的一个统计分析报告呢,
可以看到近三年我们的这个地下管线的一个破坏事故年平均的增长率就高达了大概百分之九十八的这样的一个增长率。
另外呢是按照管线的一个类型分呢,
我们可以看到给水管道的一个事故呢是比较多的,
而且是有二零二一年到了七百一十九起,
然后占整个这个管网破坏的统计总数的一个百分之五十三的这样一个比例。
分析了一下,
导致地下管线破坏事故的原因呢,
主要包括了有四类。
首先是自身的一个管道结构性的一个隐患,
其次是在外力作用下的一个破坏。
还有呢就是环境因素造成的。
然后这个第四方面呢就是一些管理上的缺陷。
其中对于给水管道来说呢,
它的主要的一个破坏原因呢是自身管道里的一个结构性隐患导致导致的。
然后那个其次呢是外力的一个破坏因素。
可以看到我们的这个城市地下管网呢是城市安全有序运行的一个重要的基础。
所以说也是我们城市高质量发展的一个重要内容。
因此呢国家的住建部是在二零二零年呢发布了关于城市地下市政基础设施的建设的指导意见,
在这个意见当中呢,
就提出了要推动数字化、智能化的建设,
提升我们城市地下市政基础设施的一个数字化和智能化的水平。
建立和完善城市的这个基础设施的综合管理信息平台,
来排查我们的治理安全隐患,
健全风险防控的这样一些机制。
是希望是通过我们的这个信息化智能化的一个技术呢,
来推动我们这个地地下市政基础设施的一个管理手段和模式,
以及理念上的一个创新,
从而来提升这个运行管理效率和管理的这个管道事故的一个监测预警的一个能力。
同时呢在今年按照国家对于建设韧性城市的这样一个要求,
然后同时是考虑坚持节水优先,
然后来提高我们水资源利用率的这样的一个需求。
所以说,
住建部和发改委呢也联合发布了关于加强公共供水管网的一个漏损控制的这样一个通知。
通知当中呢,
是共,
是一共是有五项工作内容,
包括了我们来实施这个管网改造。
然后对于管网的一个分区计量,
管网的压力调控,
还有呢就是管网的一个智能化的建设以及管理的制度的一个完善。
其中对于开展供水管网智能化建设这个工程呢,
主要是推动供水企业在完成从我们供水管网信息化建设的基础上呢,
是来实施我们智能化的一个改造。
在这个供水管网的建设,
还有它的一个改造过程当中呢,
我们可以同步的来辐射相应的一个监测传感器,
然后来建立基于物联网的一个供水智能化的管理平台。
同时呢是对供水设施一个运行状态,
以及它的一个水量水水量、水压、水质这些信息呢能够进行一个实时的监测。
从而呢我们是可以精准的一个对管网的一个漏损点进行一个定位。
同时呢对于管网的一个压力区域呢,
是进行一个智能化的调节,
逐步来提高我们这个城市的供水管网漏损的信息化智慧化的管理水平。
并且呢将一些已经比较发发展的比较的这样典型地区的在城市供水管网的智能化改造和运行管理的这样的一个经验呢,
是进行了一个推广。
另外就是针对这个城市管道老化的一个更新改造。
国务院呢是在解释在今年是发布了一个城市燃气管道等老化更新这个改造的实施方案。
这个更新改造的实施过程当中呢,
也是需要同步的推进这个数字化、网络化、智能化的建设。
然后在管道的一些重要的节点来安装我们的智能化的感知设备,
能够完善的这个智能化的控制系统,
实现知识会运行。
并且呢建立和完善市政的这个基础设施综合信息管综合管理信息平台。
我们也知道就是我们的主题呢是关注城市的一个供水安全。
供水安全呢也是我们的重要的一个民生工程。
然后事关我们这个人民群众的身体健康和社会稳定。
所以说近期这个住建部、发改委还有疾控中心呢,
也是联合发布了关于加强城市供水安全保障工作的一个通知。
通知当中呢也要求推进这个供水智能化的一个管理水平来持续的提高供水的一个监管信息化水平。
通过这个推进供水管道的一个设施普查,
来完善我们的这个信息动态更新机制,
实时的更新供水设施的这个信息底图,
使得我们后续的一个智能化的智慧的决策有一个很的一个基础。
然后对于一个一些有条件的地区呢,
也就是我们当我们的供水管网信息化程度比较高的地区呢,
可以通过结合这个管网的更新改造,
然后增加我们管网当中的智能感知的一些设备。
然后同时呢也建设我们这个城市供水,
物联网以及运行调度平台,
平台上需要的一些主要的功能。
包括了首先就是设施的一个底数的动态更新,
然后实时的这样的运行状态的监测,
对于风险的情景的模型,
你预测。
另外呢就是对于优化调度的一个辅助支持,
从而呢使得供水企业在运行运营当中呢提高这个精细化的管理水平。
我们这个水斜呢也是主编的城镇水务,
二零三五年的供水发展规划纲要当中,
对于智慧水务方面的一些规划指标,
主要包括了地信息系统闭幕在线的监测设备在线监测。
然后包括了自动智能控制、数字化管理信息与服务与信息公开、智能智慧化决策、网络安全这八个方面也是分了不同的城市规模以及城市的等级,
分别提出了相应的规划的要求。
这也就指导了我们的供水行业在未来的智慧化的这个水务建设当中有有所依据。
所以综上所述呢为了推动我们这个城市供水行业的高质量发展,
然后是需要通过我们这个信息化智能化的一个手段来实现我们这个管网的安全运行保障。
所以说基于上述的这样的一个研究背景跟需求,
然后我们是由同济大学牵头,
是开展了国家重点研发计划。
这个项目的名称呢是城市市政管网运行安全保障技术研究,
主要是针对了城市燃气供水和排水管道来开展研究,
然后实现市政管线的精准的定位。
然后在线的监测与诊断,
事故管网的快速修复与风险控制,
还有就是系统的运行,
安全的综合监测与智能监管。
我们北京市政院呢是作为课题七的一个牵头单位,
主要是针对给排水管网的一个安全运行保障,
集成智能监管平台来开展研究工作。
然后课题的参加单位呢还包括了北京清控人居环境研究院有限公司和哈尔滨工业大学。
下面主要介绍一下我们这个课题的一些主要的一个研究者成果。
首先,
随着五g跟物联网、大数据、云计算等等这些新技术的一个迅猛发展,
可以看到国内的一个城镇供水行业呢,
也是从这个信息化向智慧化的这样的一个在发展。
一方面呢,
企业越来越多的这个大量的一个管网运行数据是存在那儿不知道具体要怎么用。
另一方面呢,
国家跟行业对于刚才我们也提到了管网安全的一个监管需求是不断提升的。
所以说外部的一个要求跟企业自身的一个需求,
这个双方面的一个驱动之下呢,
就需要更加精细实时动态的这样的一个管控方式。
然后最终实现给水管网安全运行监管的一个经济化跟智慧化。
我们也总结了近些年在智慧水务项目建设项目当中,
与管网安全运行监管相关的一些关键词呢,
就包括了设备的在线监测。
然后监管平台管网的监控,
以及我们这里提到的系统的等等。
现在一般的一个供水企业在给水管网的管理,
信息平台的主要功能主要是有三个方面。
第一个呢就是管网系统,
主要是针对管道和附属设施的一个技术的信息数据等等。
然后其次呢,
管网监测呢主要是包括了在线的这个流量压力以及水质的一个信息的监测。
水利模型呢大多也都是刚才辛教授也提到了,
是离线的静态的这样一个模型。
然后可以通过离线的这样一个状态呢,
分析水利水质的一个模拟课题研究呢主要还是基于提高安全风险防控这样一个目的地。
所以说构建的这个安全运行保障集成智能监管平台,
主要是有五方面的功能。
在管网系统功能方面呢,
主要是注重了动态跟迭代的更新。
然后其次呢是增加了运行安全风险评估系统来提高运维护巡检的一个效率。
然后同时呢我们是对于这个安全运行的监测系统呢,
主要是除了一般的一些水量流压力水质监测之外呢,
也加增加了对于管道自身结构变化和所处环境的一个监测。
另外就是增加了给给水管网的这个爆管的识别及定位的这样一个系统。
最后呢是利用运行这个仿真模型来实现一个智能化的调度。
首先呢就是我们如何来科学规范、全面系统的来构建这个城市给水管网基础数据库。
然后在这个工作当中呢,
我们是编制完成了给水管网的一个数据普查方案。
通过一个规范化化的一个工作的流程和这个普查结果的一个规范化的技术方式。
然后可以为后续建立智能化的管控平台,
创造一个良的基础条件。
在构建给水管网基础数据信基础信息数据库的系统当中呢,
我们主要是结合了我们管网安全运行风险评估以及后续安全运行监测,
还有仿真智能调度他们的一个应用的需求。
所以说是将给水系统、给水管道、浇水点等等。
这以及包括了养护信息等八方的这个数据纳入了数据库当中。
然后利用地理信息系统的这个空间数据的管理,
整合分析和可视化的这样的一个能力呢,
为给水管网的一个海量数据的管理提供了相应的一个支撑。
另外呢就是我们这个课题是作为整个项目的在给水和排水方面的一个集成的这样的一个课题。
所以说平台当中呢也集成了多种的一个供水管网运行安全风险评估技术。
这些技术呢包括是由这个天津大学、同济大学等单位他们形成的这样的一些评估方法。
然后通过一个值,
借助这个智能监管平台来进行一个集中的一个应用,
从而来提高我们的这个风险评估的效率。
另外呢也能提升我们供水管网的安全保障的一个能力。
首先一共是集成了四种评估方法。
第一种呢就是对于这基于动态风险评估的一个评价方法。
这个方法主要是建立基于这个结构环境管道人为和管理这五方面的一个指标体系。
利用了层次分析法来考虑指标间的一个耦合作用权重。
同时呢通过模糊综合多因素的这样一个风险评估模型,
对于管网安全运行的风险是进行了一个评估。
然后它评估的数据呢主要是利用了技术平台的一个技术系统当中的一些管网的基础数据,
包括一些养护的一些信息。
同时呢结合了实时监测的一个水压跟流量的数据,
然后也增加了对于温度变化指标的一个考虑,
来对管道的安全进行一个实时的风险计算,
然后从而进行一个动态的一个风险评估。
在这里多提一句呢,
就是温度的一个大幅度变化。
其实对于管网自管道自身的结构,
还有它周边土壤的这个环境都是有比较大的一个影响的。
容易发生管道的一个破坏事故。
可以看到南方地区,
特别是当寒潮引起气温骤降,
骤降的这样的一个情况的时候,
经常会发生一个给水管网的一个爆管的这样的一个事故。
所以说在这个评估当中呢,
是把结合我们的管网监测呢,
是集成平台,
把这个温度的实时的一个数据指标呢是纳入了评估体系当中。
另外呢就是一个基于工程规范法的一个评价方法,
这个方法呢就是一个将这个管道的腐蚀和老化的一个风险,
是分配到了规划、设计、施工、验收、,
运行维护各个阶段来考虑这个施工的后果。
以及这个管道发生事故之后的一个影响的范围,
从而进行的一个管线全生命周期的一个半定量的一个风险评估。
基于组合赋权法的一个评价法呢,
主要是将层次分析法和熵权法有效的进行了一个结合,
用于给水管网运行的一个安全风险评估。
它的一个特点呢就是克服了单独使用这个主观或者客观赋权法他的一个的缺点,
考虑了影响管网风险的一个主要指标。
然后比单独采用层次分析法或者熵权法的精确度呢是提高大概百分之五到十五。
我们这个方法呢也在示范工工程当中呢得到了一个应用。
然后通过跟示范工程范围内的给水管网的运维管理,
维护检修的记录数据呢是进行了对比,
然后准确率呢平均达到了百分之八十的以上。
另外就是还有就是运行安全功能评价的动态评价的这个方法。
这个评方法呢主要还也是采用了改进的层次分析评价法,
然后建立了包括管道结构的可靠性、水利的可靠性以及漏损程度等三方面相结合的一个共识。
水管网运行安全功能状态的一个评价体系。
同样的也是利用集成平台的技术系统的基础数据,
包括实时监测的水压跟流量数据来反映这个管网动态的一个安全状态。
然后给管网的一个后续的动态的预警,
提供一个技术数据的一个基础。
然后呢,
我们在这个安安全预警为目的的这个管网的一个监测点的优化布置方面呢,
主要是对水量、水质、水压的一个在线布置提出了一个优化的布设方法。
其中水压的监测点的一个优化呢主要是基于了聚类分析法以及灵敏度分析法来进行优化的水质。
监测点主要是考虑了节点的水量以及节点的水平值,
还有监测范围的这样一个综合考虑。
流量监测呢主要是考虑了节点流量变化以及有效监测范围来提出的一个优化的布设方案。
然后同时呢我们在这里边也对于一些地质条件比较差的一些地区,
它在管网改造的工程当中呢,
也可以随着改造的工程来在线的设置,
一些管道所处环境的一些监测,
以及管道运行的一些监测传感器。
然后通过对于管道结构的一个系统的仿真软件来判断这个管网的安全运行的一个监测。
还有就是当它的一个管道的变形,
超过出它的一个结构承承受能力的时候呢,
就进行一个预警。
这个是在大庆的萨尔图地区,
然后的一个示范管网当中得到了一个示范应用。
在管网当中呢是安装了有加速度计、水压计以及光纤形变等等这些传感器。
然后通过采集的数据,
然后经过仿真软件的分析,
来实现了管道的安全智能监测。
从而呢降低了管网的一个事故率,
提高了事故的一个抢修的一个速度。
对于给水管网的这个爆管事件的智能识别跟定位技术呢,
我们主要是通过高频压力计来采集这个管网爆管的时候会有一个负压波。
通过这个负压波的采集之后呢,
数据处理器会将这个报表发生前后的存储的数据,
以无线通讯的方式来上传到我们的集成平台。
然后再数据传输的同时呢,
我们也是利用了北斗系统的这个授时跟定位的一个功能,
为后续的定位。
报管的这个定位分析提供了依据。
然后我们当时也考虑,
对于既有的管网,
它在安装这个在线设备的时候,
接电是比较困难的。
所以采用了一个电池供电的方式。
然后同时也为了就是减少这个设备的一个用电量。
所以说我们这个设备在线的时候分两种工况,
正常工况的时候也就是没有异常发生的时候,
是每五分钟采集一个数据,
然后两小时打包上进行一次上传,
然后会付时间后缀。
同时也把电池的一个余量数据进行一个上传,
然后异常的这个上报工况呢,
就是当我的设备检测到有爆管信号触发的时候呢,
就是立刻上传这个点位的一个报警信息。
然后服务时间的后缀以及相应的一个坐标的后缀。
同时呢会把这个爆管时刻前后三十秒的一个数据,
因为是一个毫秒级的这样的一个压力数据的采集。
所以说这个大概是有六万个数据是一起打包上传。
然后后续呢就是集成平台当中呢,
主要是利用了我们这个压力管网,
压力突变位置定位方法。
这个是申申请了专利,
还有就是一个给水管网的一个爆管事件。
智能识别技术软件结合这两个专利跟软件呢,
我们是报对报管的一个监测设备,
上传的数据进行一个智能的清洗跟分析。
从而在这个管网地图上把爆管的这个位置进行一个定位跟一个警报。
然后这是我们在那个示范肛工程当中的一个应用,
大概是布了相应的有三十多个这个压力高频压力的在线集成设备,
以及相应的一些流量的一个监测设备。
然后我们也是通过以这个消火栓来放水的方式模拟这个报告。
可以看到在时间上是很快就在集成平台上有一个响应,
然后是提示了报管点附近两个监测点有报警。
然后呢,
也是根据这个报警信号的分析呢,
也是迅速的就是对这个报管进行了一个定位。
我们也是根据实际的一个位置比对呢,
大概这个定位精度是小于五十米的这样的一个一个情况。
另外呢就是我们这个集成平台的一个综合示范应用。
当时是选取了苏州工业园区跟郑州高新区这两个区域来做这个项目的一个示范工程。
之所以选这两个区域呢,
就是因为这个两个区域都是有比较完善的一个管网技术平台,
还有就是比较完善的scattered的一个供水调度系统,
可以为后续的一些技术应用提供比较的一个基础条件。
在苏州工业园区的这个平台呢,
我们也是尝试了将苏州港华燃气的管网系统,
还有苏州清源华盐水务的一个供水系统和,
污水管网系统呢是集成在了一个综合的监管平台上。
也主要是为后续的一些市政基础设施这样综合的一个监管平台进行一个尝试。
其中苏州除了刚才提到的一些应用之外呢,
我们在这个苏州工业园区的这个平台呢,
也是做了给水管网的仿真模拟和安全调度系统。
可以依据采集的这个监测数据,
对于我们给水系统的一些需水量进行一些短时的一个预测。
然后从而为管网的这个系统的优化运行调度提供依据。
另外呢就是保持保证这个供水安全。
我们这个系统呢可以实时的显示压力、流量、余氯等等不同监测点的这样的一个变化情况。
通过一个同时呢,
也可以对于压力水平、口水灵还有疑虑进行一个模拟。
然后差值分析呢可以对比当前的监测点的数据情况,
也可以追溯二十四小时以前以及未来二十四小时的相应的一些模拟值,
来对于管网的一个运行的状态,
还有趋势变化,
趋势进行一个展示。
来使得我们对于一些管管网当中运行的关注点。
比如说管网末梢的水压、水质来进行一个安全监控。
另外呢就是在这个调度系统当中呢,
对于管网中发生爆管或者检修断水的这些工况呢,
也是给了一些预制的相应的基于优化算法来使得我们满足用户水压水量,
同时给出相应的一些运行的调度方案。
然后配置来使得我们这个提供实时的这样的一个调度指令的建议。
然后也为我们这个操作人员或者调度人员对于供水管网的安全运行调度呢提供了一个保障。
以上呢就是我们在这个城市给水管网安全运行保障智能监管平台的一些成果以及应用的一个介绍。
总的来说呢就是我们这个城市这个供水作为一个生命线的这样的一个工程,
它需要在我们全生命周期,
包括我们的规划设计,
然后施工验收、运行维护、应急抢修等等。
这个各个环节都要突出这个安全韧性,
然后突出这个高效智慧的这样一个特点。
然后呢,
为了实现我们这个安全韧性,
高效智慧的这样一个目的呢,
我认为呢也是从以下两个方面进一步的开展工作,
能够有利于我们这个工作的一个推进。
首先就像刚才新教授提到的,
就是应该是推动对于这个给水管网的模型以及高效计算技术的这样的一个研究。
然后希望说是通过以这个管网模型为计算的一个内核,
结合scale系统能够建立,
包括我们规划设计单位也能够使用的这样仿真模拟,
包括水资的调度管理、漏损分析、应急决策一体化的这样的软件。
然后使得这个供水企业实际应用当中来发挥作用。
其次呢就是对于北斗和市政这个生命线保障的一个结合。
能够基于北斗加市政的这个物联网系统来实现市政管线的一个基础信息获取、动态更新,
以及在这个施工等等与运行管理。
然后包括一些应急救援各个环节当中的一些全面的应用。
从而呢实现我们这个提升这个管网的一个安全防控,
防灾救灾的这样一个能力。
我今天的这个分享就到这里,
谢谢大家,
感谢王院长的精彩报告。
王院长呢根据城市管网安全运行的需求进行分析,
详细介绍了城市管网安全运行保障智能监管平台的这个目的功能及一些应用的。
通过这个平台,
我们可以在城市管网的全生命周期中进行方案优化,
实时监测、调度管理、风险评估等,
能智慧、高效、安全的保障我们的城市供水,
对我们很有很大的启发,
谢谢王院长。
我们现在看一下现场留言。
第一个问题,
请问在我们城市给排水领域,
智慧化与信息化有何本质区别?
那个信息化其实咱们刚才我提到的那个二零三五的那个发展规划的那个纲要里边,
实际上它就是对于我们的信息化,
包括智能化、智慧化,
都有一些一些比较明确的一个解释。
信息化呢其实更多的是实现我们对于管网的一些,
比如说管道的一些基础信息。
然后把它从我们的图纸上,
或者是从我们的一些纸纸质上,
把它作为一个信息,
然后存储到我们的这个线上的一个过程。
包括还有就是我们在线的一些安装,
一些在线的监测设备,
使得我们这些信息的监测设备的这个监测信息能够收集上来。
基本上就是一个信息化的一个一个一个一个状态了。
但是到我们的这个智慧化呢,
更多的是人和我们的这个在线的监测的设备,
或者是跟我们的这些智能的一些监管的设备的一个共同的一个作用。
之后的一个结果就是更多的体现在一些一些仿真的分析,
然后预测预警,
然后包括他的一些决策,
这些能够实现这样的一些的功能。
同时当发生一些事故的时候,
能够给给出一些建议的一些调度的方案或者应急处置的措施。
这样子的之后呢,
我们认为可以就是说是一个智慧化的一个状态。
感谢王院长的解答。
我们第二个问题是老师能不能讲一讲这些系统管网监测点装的在线仪器维护升级的难点。
其实就是跟那个长距离的输水相比,
我们既有的市政管网,
它的一个安装,
特别是新建的还。
对于一些改造来说的,
你安装这些在线设备,
一个是原有的这个比如说一些检检查井或者阀门井,
它的一个位置可能会影响就不一定能装得上。
然后其次呢就是我们的这些在线的监测设备都有一个用电的这个问题,
用电的问题就是有很多时候也没有办法。
有的地方可能采用太阳能的这样的一个方式,
然后直接接试电呢也不太现实。
所以说接电安装也是它的其中一个比较难的一个地方。
另外呢就是这个无线传输信号的保证信号传输的这个问题。
因为如果就是完全都在井里的话,
它这个信号其实接收跟发射都是会有一定的影响的。
所以说在线的监测设备,
另外就是对于多雨潮湿的这样的一些环境,
对于我们一些在线设备的它的一个防腐,
然后包括它的一个防潮,
这些要求都必须要满足。
所以说也是一个相应的一个难点。
再次感谢王院长的精彩报告和回答。
 
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